72、垃圾焚烧发电厂BOT理论与实践

近几年来，许多城市采用BOT方式兴建垃圾焚烧发电厂。作为中山市中心组团垃圾焚烧发电厂和福州市红庙岭垃圾焚烧发电厂项目法人招标的政府顾问，笔者对垃圾焚烧发电厂BOT运作模式进行了初步的探讨和实践，形成了一些粗浅的认识，现作如下简单介绍，不妥之处，敬请指正。

73、垃圾焚烧飞灰中重金属污染物控制的研究进展
摘要 ：介绍了垃圾焚烧过程中重金属污染的来源及其在灰渣中的分布，指出垃圾焚烧后重金属主要集中在飞灰中，飞灰的处理是控制重金属污染的关键。并综述了当前国际上有关垃圾焚烧飞灰中重金属的污染控制方法与技术的研究现状。
关键词 ：垃圾；焚烧；飞灰；重金属；控制

74、城市生活垃圾焚烧技术的比较

各国已投入运行的垃圾焚烧炉燃烧方式有：
1.多级阶梯式链条炉排，倾斜往复式炉排和反送式的马丁炉排等炉排炉；
2.流化床焚烧炉；
3.旋转式燃烧--回转炉；
以下就上述三种焚烧处理技术做简单介绍，并进行比较分析。
多级阶梯炉排炉
多级阶梯炉排是由往复移动部件组成，垃圾经由给料装置推送至倾斜之炉排上，在炉内高温加热，使得部份垃圾得以干燥，另经炉排的运动除将垃圾往前推送外，并将垃圾层松化及均能经历干燥、燃料及后燃等各阶段，以达完全燃烧。目前应用中的多级阶梯式有很多种，炉排设计大多属于设计厂商的专利，如我国深圳引进的新炉排即是德国专利。
不过转动式炉排炉排汽化容易堵塞，维修工作量大，大件物品夹住的可能性较大，移动式炉排占地面积大，风道系统复杂，对高水份、低值的垃圾焚烧还不完全，着火较为困难，使用较少。扇形反转式炉排由于燃烧不易控制，炉温较高，还处在不断完善阶段。
马丁炉排由于国内还未能自行制造，必须进口国外设备，造价昂贵。一般中小城镇无法承受其投资费用。我国仅有深圳市引进了日本的三台马丁炉运行较好，不过马丁炉排的燃烧工况较易受垃圾品位波动的影响。
炉排炉的优点是不需要对垃圾进行预处理。技术比较成熟，国外应用较广泛，其不足之处如下：
1．炉排必须耐热，在长期连续运行期间，热应力必须不变，这样炉排对材质要求高，而且炉排加工复杂，由于炉排需转动，可靠性低及能耗高构成其问题。
2．由于垃圾成份复杂，普通炉排维持在整个炉排内均匀移动，均匀完全地燃烧是困难的。
3．炉排难以适应水份变动范围较宽的垃圾焚烧，因为水份较高的垃圾需较宽的干燥区，这给水份高的垃圾完全燃烧带来困难。
4．炉温较难控制，垃圾的熔渣在1000℃以上和1050--1100℃时处于软化和粘性状态，成为特殊的腐蚀性物质，可能腐蚀炉壁，同时在高温状态下Nox浓度上升。
5．炉排炉不易实现大型化，难以实现炉内脱除HCI气体，需要在尾部加装专门的和HCI脱除设备，增加了投资费用。
6．难予处理垃圾渗滤液需设置专门污水处理设施。
7．炉排炉的炉排不仅制造复杂，成本高，而且体积庞大，占地面积大，因而不适合于中小城镇垃圾处理量不十分大的场合。
回转炉
回转炉焚烧系统系衍生于已广泛用于水泥工业中耐火砖衬里回转锻烧窑设计。垃圾由倾斜且缓慢旋转的旋转窑上方前端送入，藉由旋转速度控制垃圾前进速度，使垃圾在窑内往前输送过程中完成干燥、焚烧及灰冷却之过程，而冷却后之灰渣由炉窑下方末端排出。回转窑整个炉体可由冷却水管及有孔钢板焊接形成桶形，也可由钢制圆桶内部加装防火衬组成，炉体向下方倾斜，分成干燥燃烧及后燃烧三区段，并由前后两端特殊轮子支撑。特殊轮子则由四个滚轮支持，由链轮驱动装置转动轮子而旋转炉体，垃圾在炉体上，因旋转而获得良好的翻搅及向前输送，预热空气由底部穿过有孔钢板至窑内，使垃圾能完全燃烧。
回转窑燃烧适应性广，可焚烧不同性能的废弃物，此种炉型机械零件比较少，故障少，可以长时间连续运行。但回转窑的热效率低，如需辅助燃料时消耗较多，排出气体的温度低，有恶臭，需要脱臭装置或导入高温后燃室焚烧，由于窑身较长，占地面积大，且后燃室的炉排结构要求较为严格，因此其成本高，价格较昂贵。
城市生活垃圾焚烧炉在发达国家已是比较成熟的技术，发达国家焚烧的垃圾热值大多在2000kcal/kg以上。国内目前自行开发研制的城市生活垃圾焚烧炉多属于简易焚烧炉，尚不能实现高效焚烧和低污染排放。引进炉排焚烧炉则价格昂贵，经济性较差，难推广应用。
流化床炉
流化床炉燃烧技术是本世纪六十年代初得到迅速发展起来的一种新型清洁燃烧技术。采用该技术的焚烧炉的基本特征在于在炉膛下部布置有耐温的布风板，板上装有载热的惰性颗粒，通过床下布风，使惰性颗粒呈沸腾状，形成流化床段，在流化床段上方设有足够高的燃烬段（即悬浮段）。
一般物料投入流化床后，颗粒与气体之间传热和传质速率高，物料在床层内几乎呈完全混合状态，投向床层的废弃物能迅速分散均匀。由于载热体贮蓄大量的热量，可以避免投料时炉温急剧变化，床层的温度保持均一，避免了局部过热，因此床层温度易于控制。同时它具有燃料效率高，负荷调节范围宽，污染物排放低，热强度高，适合燃用低热值燃料等优点。可以说我国目前在中小城镇最有发展前景的垃圾焚烧炉为流化床炉。尤其是我国的垃圾热值相对偏低，要实现其高效稳定燃烧，流化床焚烧技术无疑是最佳选择。
流化床焚烧炉的优点主要表现在如下几个方面：
1．操作方便、运行稳定。垃圾经破碎混合后，质地相对均匀，流化床床料为石英砂蓄热量大，因而避免了床的急冷急热现象，使燃料稳定。垃圾的干燥、着火、燃烧与后燃烧几乎同时进行，无需复杂的调整，燃烧控制容易，并易于实现自动化，能在极短时间内完成起动或停止，因此可实现连续燃烧。
2．耐久性好，使用寿命长。炉内没有机械运动部件，故使用寿命长。由于燃烧均匀，不会产生局部过热现象，加之炉子为箱式结构，与耐火材料的热膨胀相适应，因此在一定程度避免了耐火材料的损坏。
3．可采取全面的防二次污染的措施，对焚烧时产生的有害物质进行了处理，如不加任何附加设备，仅以流化床所特有的燃烧方式就可把Nox含量降到100ppm以下。
流化床焚烧炉以其本身的特点，减少了废水的产生量。炉渣呈干态排出，无渣坑废水，亦不需处理重金属污水的设备。垃圾槽内的废水可向焚烧炉内喷散雾化焚烧处理。
4．流化床焚烧炉由于炉内燃烧强度和传热强度高，相同垃圾处理量的流化床炉体积比炉内要小，故而投资省，适用于大型化发展。
5．燃料适应性广，可燃烧高水份，低热值，高灰份的垃圾，床内混合均匀，燃烬度高，使垃圾容积大大减少，特别适合垃圾热值随季节性变化很大的特点。
6．炉子构造简单，炉内没有运动部分。
综合上述三种垃圾焚烧炉型的介绍，归纳出各种焚烧方式的优缺点，从中可见流化床垃圾焚烧综合性能较为优越，尤其是我国的垃圾热值相对偏低，要实现其高效稳定燃烧，流化床无疑是最佳选择。因此对我国目前城镇最有发展前景的垃圾焚烧炉应为流化床炉。

75、生活垃圾焚烧及其二次污染控制技术分析

内容提要：根据生活垃圾“无害化、减量化和资源化”的处理要求，大型生活垃圾焚烧发电工程的建设，是目前和未来大型城市、尤其是特大城市生活垃圾处理的主要方式。先进适用的大型机械焚烧处理技术，在保障垃圾治理“无害、减量”的同时，可以有效“回收资源、利用能源”。本文针对我国特大型或大型城市生活垃圾的物料特性，结合建设中的上海、广州和武汉等城市生活垃圾焚烧发电工程技术交流经验，分析了垃圾焚烧工艺的主要技术特点，并就垃圾焚烧产生的二次污染问题，详细论述了主要污染源特性、控制标准和控制技术。

76、城市生活垃圾焚烧灰渣的资源化利用

摘要 近年来，城市化发展的需要使得我国不少城市开始或计划兴建大型生活垃圾焚烧厂。但是由于目前投产的城市生活垃圾焚烧厂很少，因此国内有关焚烧灰渣资源化利用的研究和工程实例不多。本文以国外城市生活垃圾焚烧灰渣资源化利用现状为基础，讨论了灰渣利用的主要途径：① 石油沥青路面的替代骨料；② 水泥 / 混凝土的替代骨料；③ 填埋场覆盖材料；④ 路堤、路基等的填充材料。已有的工程实践证明，只要控制处理得当，这些灰渣资源化利用可以不对人类健康和环境产生不利的影响。此外，本文也对灰渣资源化利用在环境标准和工程性质要求方面的规定及其采取的处理方法作了简单的介绍。本文提出，底灰经预处理后资源化利用，而飞灰经稳定化处理后填埋，是今后比较适合我国国情的灰渣管理策略。
关键词 城市生活垃圾 焚烧灰渣 底灰 飞灰 资源化利用

77、垃圾处理与循环流化床垃圾焚烧炉


陈力　刘化才

1　前言
　　据新华社长沙2000年12月24日电文“经济的高速发展导致我国城市垃圾量迅猛上升，同时垃圾回收行业却在萎缩。我国的城市已陷入垃圾的包围之中，据统计，我国历年垃圾的堆存量达60多亿吨，占用的土地面积超过5亿平方米，近200座城市发展到无适合场所堆放垃圾，导致不少城区城乡结合带生态环境恶化。”
　　改革开放20年来，我国的国民经济有了长足进展，城市规模迅速扩张。工业化进程的不断推进创造了空前巨大的社会财富，但是同时也制造了越来越多的垃圾。1999年全国城市生活垃圾产量已经超过1亿t，预计2000年以后将达到1.2亿～1.4亿t。垃圾对城市的污染愈演愈烈，成为现代城市亟待解决的一项难题。城市处理垃圾的传统方式是填埋。在城市规模较小时，垃圾产量有限，填埋显然是最简便易行的处理方式，因而也是目前大多数城市处理垃圾的方式。但是这一方式现在日益面临着越来越大的困难。
　　(1)随着人口的增长、城市的扩张，土地的价格越来越昂贵，而垃圾填埋需要占用大量宝贵的土地资源；
　　(2)仅靠垃圾自己的腐化反应来使垃圾逐渐减少、消失，垃圾处理周期长；
　　(3)容易导致垃圾渗滤液和挥发气体污染地下水、空气，导致土壤沙化。
　　焚烧处理城市生活垃圾与填埋相比，其优势是非常明显的。
　　(1)占用土地有限；
　　(2)处理周期短；
　　(3)采用先进的燃烧方式和工艺设备，可以将环境污染物的排放控制在一定的水平内；
　　(4)将垃圾中的热能转化为生活和工业中能够利用的二次能源，节约了能源，为城市的可持续发展提供支持；
　　(5)垃圾焚烧后转化成灰渣，对于燃烧方式，比如循环流化床锅炉，燃烧生成的灰渣具有很好的活性，可以作制造建筑材料的原料，从而实现了物资的再生利用。
　　综上所述，如果能够使用合适的燃烧方式和工艺设备，将会变废为宝，实现绿色环境工程，使因垃圾产生的问题得到圆满解决。
2　城市生活垃圾的成分和热能
　　城市生活垃圾泛指一切生活废弃物，包括食品垃圾、废纸、废布、塑料、木头、金属、玻璃、陶瓷、灰渣 、废砖瓦、废器具、建筑废弃物，以及动植物残体、医院垃圾、地下水沟道污泥、公共交通带来的各种废弃物等，包罗万象，种类繁多，其构成主要受城市的规模、地理环境、燃料结构、居民生活水平和生活习惯、自然季节等的影响。
　　我国城市生活垃圾成分与全球平均值的对比情况列于表1中。
　　城市生活垃圾的可燃成分是其中的有机物，各种有机垃圾的热值列于表2中。
　　从表2可以看出，各种有机垃圾本身热值很高，有很大的能源利用价值。从表1可以看出，我国城市生活垃圾成分与全球平均值相比，炉渣等无机物成分比较高，因而发热值较低。但随着城市燃气普及率逐年上升，纸及塑料等高热值可燃物比例的增大，生活垃圾热值呈逐年递增的趋势。表3示出了广州市1991～1996年垃圾成分的变化情况，从中可以看出此趋势。
　　按我国城市居民4亿人计，平均每人每天产生1kg生活垃圾，平均每千克垃圾的热值为4000 kJ，则每年废弃在垃圾中的热能约折合标准煤20Mt
3　城市生活垃圾焚烧的条件
　　城市生活垃圾不仅发热值低，无机物及水分含量比较高，而且具有非均匀性，其组成会随着季节的变化和收集地点的不同而有很大差异，且含有金属、砖瓦等不可燃物，因此，要想保持焚烧过程能够稳定而彻底的进行，具有一定的难度。虽然从环境保护和能源节约的角度来讲，用焚烧来处理城市生活垃圾有着巨大的优越性，但是这种方式能否大规模应用，仍然取决于其在既定社会条件下的经济成本。
　　联合国环境组织(UNEP)综合考察了世界经济的发展情况，提出了焚烧城市生活垃圾来发电的标准，认为符合以下条件的城市应大规模采用垃圾发电。
　　(1)平均每人每天产生垃圾0.5～1.0kg以上；
　　(2)垃圾中有机质份额大于40％；
　　(3)垃圾含水量份额小于50％；
　　(4)垃圾平均高位发热量在3 349.44～7 117.5kJ/kg以上；
　　(5)考虑实施减量，重复使用，回收再利用措施的成本和可行性之后，仍然不能将垃圾的产量削减35％。
　　可见，要采用焚烧城市生活垃圾来发电，其垃圾中必须含有一定的热值。参照此标准，我国的一些大城市，如上海、北京、天津、重庆、珠海、深圳等，已经具备大规模焚烧生活垃圾发电的条件。在国务院发布的《中国二十一世纪议程——中国21世纪人口、环境与发展白皮书》中，明确表示要建设有害废物焚烧示范厂作为有害废物管理和处理、处置的样板，并要建设一批垃圾示范工程，还指出有条件的地方要发展焚烧处理技术。发展城市生活垃圾焚烧发电是一项涉及能源、环保、环卫、城建等等诸多部门的市政系统工程，应该综合考虑。从经济上说，城市生活垃圾焚烧发电能否得到发展，取决于其产生的利润(处理垃圾、供热、售电获得收益)能否在可接受的年限内弥补其投入的成本。在既定的社会经济条件下，其成功与否，取决于具体的操作者和具体的操作过程。

续：垃圾处理与循环流化床垃圾焚烧炉

4　垃圾处理的各种方法
　　垃圾处理问题是随着城市的出现而产生的，并随着城市的扩大而日益成为一个严重的问题。由于人口的急剧增长，城市规模的迅速膨胀，在我国的东南沿海经济发达地区和内地的大中城市，人们的生产生活空间变得日益狭窄，垃圾能否得到有效而彻底的处理，已经是一个直接影响人们生产生活的急迫问题，是一个影响城市可持续发展的重要因素。目前，人们处理垃圾的方式有以下几种。
4.1　简单填埋
　　很明显，这种方法适用于我国人口密度相对较稀少的中西部的小城镇、小城市。
4.2　堆肥
　　垃圾堆肥会造成二次污染，并且肥料品位低，内含玻璃渣多。这一方法可以用于处理某些行业或生产过程中产生的高水分、富含有机物的垃圾，不适用于城市生活垃圾的处理。
4.3　炉排炉焚烧
　　多年以来，人们已经使用炉排炉来焚烧垃圾，目前使用的垃圾焚烧设备基本上是各种炉排炉。但是炉排炉垃圾焚烧设备有很大的缺点，难以胜任目前大中城市迅速增多的大规模垃圾处理工作。主要问题如下：
　　(1)我国的城市垃圾不可燃物质含量大，发热值低，平均不超过4 186.8kJ/kg，纯粹的垃圾无法在炉排炉中进行燃烧，必须喷油助燃，在原油价格涨升后，运行费用高的惊人。如深圳两台炉排垃圾焚烧炉，日处理垃圾共300t，一年需要烧掉4 700万元的燃油。
　　(2)炉排炉的燃烧方式，决定了垃圾与助燃空气的混合作用很弱，远达不到将垃圾进行彻底燃烧的要求。
　　(3)炉排炉垃圾焚烧容易导致二次剧毒污染物二恶英的产生。二恶英，即四氯二苯，是日前所知的最毒的物质之一。垃圾中含有苯环的有机物与含氯物质在高温下可以生成二恶英。研究表明，在400～600℃的温度区间内，在氧气供应不充分的情况下，含有苯环的有机物与含氯物质(如塑料)燃烧不完全，其中的挥发性物质在烟气中易于发生二恶英的合成反应。当烟气温度超过1 000℃时不产生二恶英；当烟气温度超过780℃，并且在炉内停留时间超过2s时，不易产生二恶英。炉排炉炉膛中的烟气温度和烟气成分很不均匀，和投入助燃油的多少密切相关，有些炉排炉炉膛的出口烟气温度仅在400℃左右，因此，在炉排炉的炉膛中极易生成二恶英。
　　(4)炉排炉燃烧产生的炉渣活性差，难以综合利用。
4.4　循环流化床垃圾焚烧锅炉燃烧
　　这正是要着重讨论的问题。根据这几年的工作经历，认为从技术经济上看，循环流化床垃圾焚烧锅炉是我国目前和以后大中城市进行垃圾处理的性能最优秀的设备与技术。
5　循环流化床垃圾焚烧锅炉
　　自1989年第一台循环流化床锅炉在山东明水热电厂通过国家鉴定以来，济南锅炉厂一直致力于循环流化床锅炉技术的进步和发展，并且取得了长足的进步。目前，其生产的35t/h、75t/h循环流化床炉在国内居于主导地位，市场占有率超过50％，到目前累计销售了400余台。根据有关用户的实践经验，其75t/h循环流化床锅炉能够很好的燃用热值为7 326.9kJ/kg的煤矸石并持续稳定运行。考虑到各方面的实际情况，按如下条件来发展循环流化床垃圾焚烧锅炉。
　　我国大中城市目前产生的垃圾的平均热值不超过4 186.8kJ/kg，通常在3 768.12～4 186.8 kJ/kg之间，在设计中取其热值等于3 977.46kJ/kg。
　　用煤做助燃燃料，其价格远远低于石油，仅为石油的1/10。考虑到通常不会把低热值的煤矸石和劣质煤运往大中城市使用，在垃圾焚烧厂中，应当使用高热值的优质煤。在工程设计中，取煤的热值等于25 120.8kJ/kg，这是符合经济社会的运行规律的。
　　从以下3个方面来考虑能够在循环流化床锅炉中进行稳定燃烧的垃圾－煤混合物的最低热值。
　　(1)根据济南锅炉厂在设计制造循环流化床锅炉方面的经验和有关电厂在使用循环流化床锅炉燃烧劣质煤的实践，在炉膛绝大部分水冷壁曝光的情况下，燃料最低热值为7 326.9kJ/kg。
　　(2)清华大学在垃圾焚烧方面所作的研究认为：在炉膛全部覆盖耐火混凝土的情况下，要保证燃烧稳定，垃圾－煤混合物的最低热值应不小于5 024.16kJ/kg。
　　(3)垃圾中比热容最大的物质是H2O，H2O从0℃升温到900℃，需要吸收的热能为4 396.14kJ/kg。
　　由此，在设计中取垃圾－煤混合物的热值为5 442.84kJ/kg，设每燃烧1kg垃圾需要加入xkg煤可以得出，x=0.074 468。
　　下面来设计一座日处理垃圾1 000t的垃圾焚烧设备（目前国内已有花费巨资兴建的大型垃圾焚烧场其日处理垃圾一般不超过1 000t/d）。
　　燃烧1 000t垃圾需要加入74.468t煤，垃圾与煤含有的总热量/kJ•kg－1为：
(1 000＋74.468)×1 000×1 300×4.186 8
　　=5 848 157 409.12
　　将这个热量作为所研究热力系统的输入热量，折合功率为67.687MW，估计循环流化床垃圾焚烧炉的总热效率η在80％～90％之间，设计中取η=85％，则热力系统的输出功率为57.544MW，与一台75t/h中温中压锅炉的热功率相当。
　　关于工质(H2O)的参数，可以从以下3方面考虑：
　　(1)低参数的蒸汽可以用于工业生产和供暖。很显然，垃圾焚烧场生产的蒸汽不可能用于工业生产；垃圾焚烧场是全年进行工作的，其生产的蒸汽作为供暖的热源也是不合适的。
　　(2)用于发电。高参数的蒸汽，其热－电转换效率高，但是，高温高压的蒸汽，其水蒸气过热阶段需要吸收大量的热量，需要布置复杂的过热器系统和减温系统。垃圾焚烧产生的烟气复杂多变，其中H2O含量最高可达50％，烟气具有很强的腐蚀性，高温高压锅炉的过热器工作在非常恶劣的工况下，发生故障的概率很大。
　　(3)中参数的蒸汽用于发电。热力循环仍然具有较高的循环效益——实际上，在我国日前广为存在的大量中小厂，使用的绝大部分为中参数锅炉。中温中压蒸汽锅炉(温度t=450℃，压力P=3.82MPa)或者次高温次高压蒸汽锅炉(温度t=485℃，压力P=5.29MPa)，其过热器系统仅布置两级受热面和一级减温水即可。其发生故障的概率远低于高温高压锅炉的过热器系统。因此，将垃圾焚烧炉设计成中参数蒸汽锅炉，并且用于发电是最好的选择。

续：垃圾处理与循环流化床垃圾焚烧炉
　　根据以上思路绘制了日焚烧垃圾1 000t的循环流化床垃圾焚烧锅炉的方案图，该方案是在总结燃煤循环流化床锅炉的基础上提出的，对锅炉的主要结构尺寸提出了详细的数据，因而已经离工业化产品非常接近了。下面对其主要的特点加以说明。
　　(1)此锅炉的炉膛特别高，通常情况下，75t/h中温中压煤粉炉的炉膛高度在15～16m，220t/h(或230t/h)高温高压煤粉炉的高度在23～24m，燃煤循环流化床锅炉的炉膛高度在22m左右，而本设计方案取定的炉膛高度为25～28m。之所以把炉膛设计这样高，主要是基于以下2个方面的考虑：
　　1垃圾－煤混合物中不可燃成分含量很大，在流化床燃烧的过程中，自燃烧室(密相区)披上升的烟气携带的固体颗粒比燃煤循环流化床锅炉成倍增加，加高的炉膛将使炉膛的内分离作用显著增强，从而使炉膛山口的烟气固体携带率大大降低，避免旋风分离器的剧烈磨损。实践经验表明，炉膛的内分离作用主要是依靠固体颗粒的自身重量来实现的，分离出来的固体颗粒沿膜式壁内表面滑落返回流化床内，不存在对水冷壁的正向冲击力，这样就在降低了旋风分离器磨损的同时，并不增加对水冷壁的磨损。
　　2高达25～28m的炉膛使烟气在炉膛内停留时间达到4s以上，从而使烟气中的可燃气体得到充分燃烧，杜绝二恶英的产生。
　　(2)炉膛的内表面全部焊上销钉，覆盖上耐火混凝土，防止水冷壁吸收太多热量，保证燃烧的稳定性。
　　(3)配风。一次风与二次风分立布置，各占总风量的50％，这样可使运行中配风很方便，并考虑将二次风的一部分(20％左右)作为三次风在炉膛中部引入。
　　(4)给料。垃圾和煤可以分别送入炉膛，也可以混合后一起送入炉膛，对给料装置的基本要求是能够连续均匀稳定的将物料送入炉膛。垃圾具有恶臭，整个垃圾输送系统必须是全封闭的。
　　(5)受热面的配置。方案图中，受热面的配置类似于中温中压燃煤锅炉，垃圾燃烧产生的烟气成分与煤燃烧产生的烟气有很大不同，传热特性变化很大，在具体的项目设计中，应通过实验取得烟气成分的可靠数据，然后进行传热计算，对各受热面的面积进行相应增减。
6　经济效益与市场前景预测
　　在上面设计的日处理1 000t生活垃圾，热功率与75t/h中温中压锅炉相当的循环流化床垃圾焚烧炉系统中，主要的收益来自垃圾处理费和供电。
　　(1)供电收益。此系统可配15MW的汽轮发电机，实际对外供电功率不会低于12MW（1.2万kW），每度电按0.7元计算，设备每年运行8 000h，则售电收益6 720万元。
　　(2)垃圾处理费。按处理垃圾500元/t•h收费，系统每年运行330d，则收入16 500元。
　　日常运营成本主要为燃煤采购费、垃圾收集运输费、系统维护和辅助材料费。
　　(1)按每吨煤送至焚烧炉炉前的完全成本为300元/t，则每年的燃煤费用约为737万元。
　　(2)现在的大中城市都存在着原有的垃圾收集、输送组织，其主要成本为环卫人员的工资，短途运输费，做最大的估计，也不会超过上面的燃煤成本，按每年700万元计算。
　　(3)由于垃圾焚烧系统是全自动的，需要人员有限，系统的维护费用、辅助材料费、人员工资可参考现存的火电厂，最大的情况下不会超过燃煤成本，按每年700万元。则一年的运行成本为2 137万元。
　　则整个垃圾焚烧厂的全年利润大致为21 083万元。
　　投资。根据有关方面的估计，并参考当前新建火电厂的投资，建一座包括3套循环流化床垃圾焚烧炉发电装置的垃圾处理厂一三炉两运，1台备用，以保证系统运行的可靠性、稳定性，其总投资不会超过10亿元；建成后，每年的利润为4亿元，2年半则可收回投资。
7　结束语
　　随着社会的进步，生产工具的改进，人们生活水平的提高，各种物质财富和商品不断丰富；但是，各种对环境的污染和垃圾的迅速增多成了困扰人们的当务之急。人们日常可感受到的，如汽车尾气，噪声，冒黑烟的烟囱，混浊的空气，污秽的河流；最多的，亦是最令人厌恶的，是城市里的垃圾。许多城市正日益沦陷在垃圾的包围之中。人们渴望在物质不断丰富的同时，更想拥有碧水蓝天、清新的空气、洁净的环境。这里所讨论的循环流化床垃圾焚烧炉系统，其社会与经济的价值都是很高的，把近1年多来思考的东西写出来，不讳其浅陋，仅供对城市环保和相关问题感兴趣的同仁参考，以抛砖引玉。

78、焚烧炉操作及控制

温度、停留时间、氧气浓度及空气与废物的混合程度是影响燃烧效率的主要因素，这四个因素并非独立的变数，而是相互影响的。温度愈高，固然可以增加燃烧速率，但是气体因加热击膨胀，其停留时间会减少；空气输入量大时，可以增加氧气的供给量及混合程度，但会降低停留时间，而且由于排气处理系统的限制，导致处理量降低。
1．废物的输入控制
废物的输入速率是影响焚烧炉运营最主要的因素，液体废物可经搅拌方式以促使可相溶 液体的混合均匀，因此只要保持适当的液压及燃烧器或喷嘴的管路畅通，即可连续地输入。由于混合较匀，热值变化不大，燃烧室内的燃烧状况及温度比较容易控制。
挥发性物质含量低的粉状及颗粒状物质或污染土壤不仅较易混合，而且可以经沟槽连续地输入炉内，输入速率较易保持稳定。块状或实验室包装桶只能以批量方式输入，很难控制 燃烧情况的稳定。由于任何物体进入焚烧炉后都必须经过加热、挥发、燃烧等过程，挥发及燃烧的速率直接影响燃烧室内的稳定。如果桶内挥发性物质含量高，这个物质进入高温炉后,会在短时间内骤然挥发燃烧，造成局部过热或温度急速上升的危险。由于过量的有机蒸气同时燃烧，炉内的氧气难以在短时间内增加，会产生燃烧不完全的后果，因此在输入块状或桶装废物时，应将空气输入量增至最大容量，液体废物的输入量降低，同时将温度降至常温条件或执照许可的低限。操作旋转窑焚烧炉时应先将转速控制由自动改为手动，然后调低转速。如果废物输入后，温度仍然继续下降，即表示桶内废物的热值及挥发性都很低，不致造成过热或急速燃烧的危险，可逐渐增加高热值废液或辅助燃料的输入量，以保持温度的稳定。
一般焚烧工厂都依据炉型、放热率及本身经验，建立一套实验室包装桶(或容器)内废物热值、挥发性物质含量及易燃物质的最大限制，同时将容器依热值及易燃性分类，然后依据经验建立不同类别废物的输入速率准则。
2．操作条件的监视及维持
焚烧系统的操作是否正常，是依据装置于主要设备的量测仪表(例如温度、压力、流量、烟气中氧气和一氧化碳浓度等指示器或侦测器)所显示的数值而判断。
焚烧炉的燃烧温度必须超过足以销毁废物的最低温度，以达到焚烧的目的。炉壁及燃烧 气体的温度应保持稳定，以免耐火砖因过热或热震而损害，不仅因为耐火砖的维修是焚烧系统操作中最大的开支，而且也是造成焚烧炉停机的主要原因。即使温度维持稳定，耐火砖也会因摩擦、粘着剂失效、废物中碱性金属盐酸或氟化物燃烧产生的氟化氢的腐蚀等因素而造成厚度减少或剥落的现象。最简易的检查方法是夜间观察焚烧炉的外设，如果外设呈红热色，即表示该部分内部的耐火砖已剥落或损害情况严重，必须停机整修。操作员亦可使用红外线温度遥测器，每班次定时测试焚烧炉外设的温度是否过热，有些场所甚至使用与电脑连线的红外线扫描仪长期检测及记录焚烧炉外设表面的温度。焚烧炉内应随时保持火焰的存 在，炉内应安装火焰检测仪，以备长期监视。
废物的热值过高，会造成炉内温度的上升。此时除了增加空气输入量、降低辅助燃料量外，还可以将高水分的废弃液雾化后，喷人炉内以调节温度。喷淋时避免水雾接触炉壁，以免炉壁耐火砖骤冷而断裂。有时亦可以用冷水浇淋炉的外壳，以保持炉壁的温度。

79、城市垃圾焚烧处理的能源化利用


作者：段丽平 吴发勇 谢茂清 清华大学热能工程系

1 引言
中国垃圾的特点是，经济越发达的城市、地区，废弃物产生量和垃圾中可燃烧物的含量越高。因此，这些城市、地区的生活垃圾采用焚烧处理较为合理。中国各大城市的生活垃圾增长速度很快，年均增长率超过9.5%，2001年城市垃圾达1.7亿吨之多，历年堆存量已超过60亿吨。
常用的垃圾处理方法有：卫生填埋法、堆肥法、生物化学法、热解气化法和焚烧法等。垃圾既是一种废弃物又是一种可以利用的资源，采用焚烧法处理，是垃圾减容化、无害化、能源化及综合利用的最有效方法之一[1,2] 。因此，焚烧法在国际上已得到广泛应用，在中国也具有十分广阔的发展前景[3,4]。
城市垃圾焚烧处理的优点：可实现大幅度的减容（燃烧后体积可减少90%以上）；可回收能量用于供热和发电；通过合理控制可减少二次污染的产生及净化尾部烟气；处理速度快、储存期短，不需要长距离运输等。
清华大学热能工程系长期以来一直从事能源开发与利用、环境保护、煤清洁燃烧技术等基础研究和工业化应用，特别是对流化床燃烧技术用于固体废弃物燃烧的探索和实践，已有几十年的历程。在综合国外技术优点的基础上，已开发出一种适合中国国情的流化床废弃物焚烧技术及多种废弃物焚烧技术，在能源环境及污染控制方面为社会提供了全面有效的解决方案。
2 垃圾焚烧能源化利用方法
2.1 系统流程
垃圾库储存能力为系统日处理能力的4～5倍，垃圾仓和煤仓布置在炉前，待焚烧垃圾和掺烧的煤，均由炉前给料机送入炉内混合燃烧（见图1）。锅炉一次风，由送风机将源于垃圾密封仓的空气，经空气预热器后送入燃烧室，使锅炉内的垃圾沸腾燃烧。悬浮段的二次风，由垃圾仓通风口经空气散热器后送入炉内，使炉内燃烧充分，减少未完全燃烧的热损失。一、二次风源于垃圾仓，能保持垃圾仓一定的负压，防止臭气的外溢。在炉内布置受热面，使燃烧生成的炉膛烟气出口温度保持在850～950℃之间，保证悬浮段的燃烧强度，提高锅炉的燃烧效率。烟气出炉膛后分别与对流管束、省煤器、空气预热器进行热交换，排烟温度为150℃。锅炉给水经加热后由引出管引出，供用户使用。烟气经除尘设备，并经净化系统去除SO2、HCl等有害气体，达到环保标准后通过烟囱排至大气。
2.2 垃圾预处理系统
2.2.1分选、筛选及破碎
垃圾处理车间建在垃圾处理场或垃圾场附近，把运到的垃圾过秤、分选、过筛、破碎，去除大部分石块、砖瓦、金属、玻璃等不可燃物，然后用输送皮带送到垃圾车再送到密封的垃圾仓。其流程为：从市区运来的垃圾过筛后，由输送皮带送至料斗，再由输送皮带上方的除铁器把垃圾中的废铁选出；皮带把垃圾送入分选机，将较轻的物料分选出来，然后送入垃圾破碎机破碎；较重物料进入振动筛，筛下物大多为不可燃物，运走另行处理；筛上物料经由上料机给垃圾破碎机上料，皮带末段的永磁滚筒对破碎后的垃圾再进行一次除铁。破碎前，垃圾储仓底部建有污水池，定期将垃圾流出的污水用泵送入锅炉烧掉。该储仓为半密封式，并安装引风机将臭气抽出。
2.2.2 炉前上料系统
在密闭的垃圾仓中，破碎后的燃用垃圾,用天车送至炉前上料皮带，再由皮带送入炉前料斗，并由专用给料器送入锅炉燃烧。垃圾仓内有1个垃圾坑、2台天车和专用抓料斗及4台螺旋给料机。垃圾仓上方设有控制室，操作人员可透过玻璃和监视系统控制仓内的天车翻运垃圾，给料、上料。锅炉的助燃空气从封闭的垃圾库引出，以防止臭气外溢，污染环境。
2.3 煤及石灰石预处理系统
日耗煤量需根据垃圾的工业分析数据确定。而石灰石的消耗量将根据垃圾中氯、硫成分和掺煤量多少决定。
煤和石灰石分别由煤场和石灰石库储存，再送至炉前料仓，最后入炉内燃烧。
2.4 燃烧系统
采用循环流化床来混合燃烧垃圾与煤，充分发挥循环流化床清洁燃烧技术的优势。煤除起到助燃作用外，还可以利用粉煤灰作为硫、氯等污染成分脱出的载体和催化剂，在燃烧过程中实现对二次污染排放的有效控制。垃圾掺煤燃烧还将有助于改善燃烧状况，大大降低二恶英等有害物质的产生和排放。采用流化床锅炉的类型，应根据垃圾采样分析的结果而定。
2.5 烟气净化系统
城市垃圾中的氯、硫含量较高，经焚烧后生成较高浓度的SO2和HCl气体，需要对烟气进行净化处理，去处有害气体，以保证锅炉尾部烟气排放符合环保标准。烟气处理系统包括除尘系统、烟气净化系统、和烟道系统等。
（1）灰尘处理系统。由于垃圾燃烧的灰分较高，飞灰份额也高，而且粒度分布宽，烟气含水量高，适宜采用二级除尘的方案。
（2）烟气净化系统。主要包括纸浆、反应塔、副产物的处理及各部分的控制等。在反应塔内，烟气与去除剂循环液相接触，烟气中的SO2、HCl等与去除剂发生发应，将SO2、HCl除去。同时控制器根据浆液的浓度、pH值、反应塔的温度、浓度、烟气等有害气体的含量和浓度等,及时调整净化系统各部分的运行状况,以保证最终净化效果。
（3) 烟道系统。由烟道、烟道阀、烟气混合器、烟囱、膨胀阀等组成。
2.6 除灰渣系统
由锅炉出来的灰渣经过适当处理后运走,根据灰渣的成分及当地资源情况，还可以再利用，如作为水泥原料等。
2.7 锅炉监测控制系统
流化床焚烧的热工测量与控制系统采用计算机集中控制。监控调节在主控室内实现。在垃圾预处理及焚烧的重要地点安装工业电视，进行实时监测。同时还装有SO2、O2、NOX、CO、HCl 在线监测、除尘控制、净化控制等系统。
2.8 热利用系统
产生的热水和蒸汽,可供附近热用户或溴化锂制冷机组等工业应用；产生的蒸汽还可供汽轮机组发电用，余气用来供热。
3 垃圾焚烧热电工程实例
河南省许昌市正在建设处理量为400t/d的垃圾焚烧热电厂。为了保证该市垃圾能够达到连续处理的要求，焚烧热电厂装机容量为2台75t/h循环流化床焚烧锅炉，采用一开一备的运行模式，每台锅炉的垃圾处理量为400 t/d。汽轮发电机负荷为12MW，抽气供热，向周围几个大型合资企业和工厂提供生产用气。冬季向厂区生产厂房和办公楼供暖，夏季则提供空调制冷用气。该工程预计2002年12月完成，将成为城市垃圾焚烧能源利用的示范工程。